松散含水地层紧邻建筑物大断面浅埋洞室综合施工技术

松散含水地层紧邻建筑物大断面浅埋洞室综合施工技术
刘志春;李文江;朱永全
【摘要】针对北京地铁复八线王府井站西南风道工程开挖断面大、紧临地面建筑
物等特点,采用临时中隔壁三层六部法开挖,辅以人工井点降水、钻孔灌注桩隔断墙
技术,以及大管棚与注浆超前小导管相结合的超前支护加固地层技术.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2003(000)012
【总页数】3页(P25-27)
【关键词】地铁;松散含水地层;浅埋洞室;地层冻结;井点降水;超前支护
【作者】刘志春;李文江;朱永全
【作者单位】石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄,050043;石家庄铁道学院
土木工程分院,河北石家庄,050043;石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家
庄,050043
【正文语种】中文
【中图分类】U231+.3
北京地铁复八线王府井站西南风道位于东长安街下，中国远洋运输总公司和长安俱乐部大楼之间夹道中。

风道结构距中远公司大楼3.0m，距长安俱乐部大楼4.5m，且有地下煤气管线与污水管道干扰。

风道分南北风道和斜风道，主风道全长
95.487m，在南北风道南端设施工竖井，开挖最大断面13.1m×12.6m。

风道平面见图1。

所处地区属于永定河冲积扇脊部的中下部，地层由上至下依次为回填土、
粘性土、砂类土、圆砾层，围岩分类为Ⅰ类。

潜水主要赋存于圆砾层中，承压水主要赋存于中砂层和卵石层中，夹层水存在于亚粘土层，地下水位均在开挖底面以上。

该风道是复八线开工最晚的一项工程，全线降水已停止，只能对风道实施局部降水。

本工程的特点是：紧邻建筑物，施工场地狭窄，降水条件限制，降水对环境影响明显，风道结构断面大、浅埋、地层为松散含水地层、地下水位高，致使施工极其困难，特别是工程处在北京市区的重要地段，施工环境控制问题显得尤为重要。

为使本工程能顺利完成，在施工中采取了多种技术：临时中隔壁三层六部法开挖、井点降水、钻孔灌注桩隔断墙技术，以及大管棚与注浆超前小导管相结合、注浆超前小导管与径向注浆相结合、地面与洞内超前注浆相结合等综合超前支护加固地层技术。

根据地面环境、工程地质及水文地质、断面大小和地表沉降的控制要求，在中远公司大楼与长安俱乐部大楼之间，设置施工竖井，通过竖井马头门开口进入风道，隧道暗挖施工，暗挖隧道与王府井车站贯通。

其中，施工竖井与风道风亭相结合，减少工程量和造价。

根据风道高、跨度大，地下水丰富、地层松散、浅埋以及地表沉降的控制要求，采用临时中隔壁三层六部法，见图2。

在施作超前大管棚、小导管及马头门上层圈梁环带区域封闭后，进行风道上层开挖支护。

（1）按照风道开挖①部开挖区域破除竖井初期支护混凝土，并割除竖井格栅。

（2）开挖①部分土体，并紧靠马头门圈梁架设一榀格栅，喷C20混凝土。

（3）开挖循环进尺在最初（马头门大管棚初期支护段）为0.75m，在注浆小导管超前支护段最初为0.5m，发现地表变形较大，改为0.4 m。

开挖过程中保留核心
土1.6m。

在保留核心土的前提下，临时仰拱格栅和边墙、临时中隔壁格栅同时架立，并喷射C20混凝土，临时仰拱、临时中隔壁喷混凝土厚25cm，边墙喷混凝
土厚35cm。

（4）架立格栅时，间距同开挖循环进尺，同时焊接纵向连接筋，双层，φ22，L ＝70cm，环向间距1.0m，交错布置。

挂钢筋网，φ6.5，网格间距
7.5cm×7.5cm。

边墙和中隔壁各打2根φ25、长3.5m锁脚锚杆。

（5）按照小导管参数施作下一循环超前小导管注浆支护。

（6）风道上层①部开挖进尺3m以后，进行风道上层②部的开挖与支护施工。

风道中下层③～⑥部施工同风道①、②部施工，同一层左、右部工作面相距相差至少3m，上下层最近工作面距离至少5m。

邻近中远大楼及长安俱乐部段，由于受污水管道和降水井管漏水影响，①、②部导坑开挖中，地层含水量大、工作面稳定性差，故将该段①、②部导坑开挖再分为上、下台阶法。

除上述段①、②部导坑采用台阶法外，其余段及各分部导坑开挖均采用一次开挖，一次支护封闭成功。

3.1 钻孔灌注桩隔断墙
风道外侧距中远公司大楼外侧墙距离仅为3.0 m，该大楼为扩大条形基础、基础埋深浅、处于严重施工影响区。

根据楼房扩大基础的实际情况，在风道外侧壁与楼房之间，距中远公司大楼1m处设计了一排共32根（实际施作19根），间距为1.0m，长27.0m，桩内主筋为16φ22，箍筋为φ8，环向间距150mm，直径为0.6m的钻孔钢筋混凝土灌注桩隔断墙。

风道底板距地面高度约21.0m，因受楼房建筑物的影响，该隔断桩不便施工地锚或横撑，因此设计隔断桩较深，风道底板下锚固段长约6.0m。

竖井周边及大楼长安街一侧绿化地至慢车道处，地下管网密布，且各种管网的检查井、管接头等大多设在此处，致使风道井口3根和大楼长安街一侧绿化地内10根桩无法施钻，仅大楼西端成功施作，实际施作19根。

同时，在隔墙钻孔桩设计范围的风道地表，均在地表进行了地层注浆加固。

采用螺旋钻机钻孔，地面绑扎钢筋笼，水下浇筑桩身混凝土施工。

为提高桩间纵向刚度，桩端设置了1道桩帽。

3.2 井点降水
（1）第一阶段井点降水施工及效果
因拆迁原因风道施工被迫推迟，此时复八线降水已停止，地下水位回升。

在这种情况下，利用现有场地条件，施工了21眼降水井（其中地面降水井14眼，洞内降
水井7眼），并保留了原王府井站的降水井10眼。

在启动16眼井（风道洞内启
动2眼），日抽水量达16000m3的情况下，竖井处水位降低到了21.6m左右，
使得竖井在21.5m深度上封底。

随着风道向北掘进①、②、③、④部，又陆续启
动了风道北段的5眼洞内井，风道水位降低到19.5～20.5m，距结构底仍差1.1 m。

由于当时考虑到风道施工安全和保持原结构断面，选用了较安全的冻结法施工。

冻结法实施失败后，经分析认为，仍采用井点降水方法补充降水。

补充降水的目的是将承压水位再降低2.5m，确保风道底板按原设计高程达到基本无水施作，即水位降低到21.5 m左右（高程21.6m）。

（2）第二阶段井点降水设计及施工
风道结构外抽水井有12个，井深31m，井径705 mm，全孔下入φ400／
300mm的水泥砾石滤水管。

风道结构内抽水井段13个，其中4眼井人工挖孔见原状土后下护筒，其他9眼井位于风道拱顶部位。

3.3 超前支护
（1）大管棚注浆超前支护
其作用机理是，将工作面前方开挖应力释放能量传至稳定体中，以达到控制开挖沉降的目的，并能提高支护和围岩的承载能力。

这种超前支护体系刚度大，可穿透工作面滑动土体破裂面，将管棚承受的部分地层荷载有效地传递到已封闭初期支护或衬砌结构上。

其特点是循环进尺长，刚度大，适用于砂土、粘土等松散不稳定地层。

在风道马头门段采用了大管棚注浆超前支护，其主要设计参数如下。

大管棚钢管为φ115无缝钢管；环向间距每米3根；环向布置于拱部范围内；管
棚长度L＝24m；881管棚钻机套管钻进，钻孔外插角1.5°。

管内注浆（W／C＝1∶1），注浆压力0.7～0.9MPa。

（2）小导管注浆超前支护
其作用机理是，通过带孔眼的导管将各种适应不同地层的浆液注入，渗透至地层的有效范围内，以达到改变地层参数，提高地层自身承载能力的目的。

同时，小导管本身虽然没有大管棚的刚度大，但与大管棚一样，超前小导管也起着纵向梁的超前支护作用。

针对含水、松散地层的特点，在风道竖井井身的风道马头门段大管棚间隙内，以及未施作大管棚段的拱部及侧边范围内，均设置小导管注浆超前支护。

采用水泥-水
玻璃双浆液注入地层中扩散凝胶，将松散砂粒结合成一个强度适中的块体，在隧道周围形成一个防坍塌的固结圈，从而达到止水并加固地层的目的。

这种支护方式无需专用设备，便于施工，易于掌握。

注浆小导管主要参数为：φ42无缝钢管，长度为2.0m，纵向搭接1.2m；小导管
外插角10°～20°；小导管间距每米3根，环向布置于拱部和侧边墙；采用水泥-水玻璃双浆液，注浆压力0.3～0.5MPa；采用风钻施作小导管，气压或液压双液注
浆泵注浆。

虽然施工过程中遇到了各种各样的困难，由于采取一系列环境控制施工技术，最终安全、优质完成了风道工程施工，地面建筑物得到了良好保护，风道结构质量创造了全优工程。

抽水量过大，可能会使地层压密而引起地表下沉，因此在降水过程中，要加强对周围建筑物和竖井及地面的沉降量观测，制定事故处理预案，以保证施工的顺利进行。

［1］刘志春．地铁施工与地下水渗流的环境效应分析及应用［D］．石家庄：
石家庄铁道学院土木工程分院，2003．
［2］夏明耀，曾进伦．地下工程设计施工手册［M］．北京：中国建筑工业
出版社，1999．
［3］施仲衡，张弥，王新杰.地下铁道设计与施工［M］.西安：陕西科学技术出版社，1997．。